Confinement of Ionic Liquids at Single-Ni-Sites Boost Electroreduction of CO2 in Aqueous Electrolytes

离子液体 水溶液 法拉第效率 催化作用 无机化学 电解质 化学 化学工程 电导率 电催化剂 电化学 密度泛函理论 材料科学 化学物理 物理化学 电极 计算化学 有机化学 工程类
作者
Wenhao Ren,Xin Tan,Xianjue Chen,Guobin Zhang,Kangning Zhao,Wanfeng Yang,Chen Jia,Yong Zhao,Sean C. Smith,Chuan Zhao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:10 (22): 13171-13178 被引量:62
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c03873
摘要

The development of strategies to enhance the electrocatalytic properties of single-atom catalysts is highly desirable, yet challenging. Here we show a versatile nanoconfined ionic liquids (ILs) design to tune the interactions between CO2 and single-Ni-site, meanwhile create a solid/liquid interface with high CO2 concentration for efficient CO2 electrocatalysis. The Ni–N catalyst confined with ILs can be directly used with aqueous electrolytes to mitigate the mass transport and conductivity issues typically associated with viscous bulk ILs electrolytes. Density functional theory studies reveal that the d-band center of Ni atoms is positively shifted to the Fermi level in the presence of IL, and consequently the energy barrier of the rate-limiting step of CO2 reduction, CO2(g) → COOH*, drops significantly from 1.49 to 0.80 eV. The nanoconfined ILs intensify CO2 conversion by showing a high CO Faradaic efficiency of above 98%, enhanced current densities up to 66.1 mA cm–2, and robust stability over 50 h.
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